CN101142081B - 减低声音的楔形聚合物中间层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物中间层及包含聚合物中间层的多层玻璃面板，更特定而言，本发明涉及楔形聚合物中间层。

Description

减低声音的楔形聚合物中间层
技术领域
本发明涉及聚合物中间层及包括聚合物中间层的多层玻璃面板领域，且更特定而言，本发明涉及楔形(wedge shaped)聚合物中间层领域。
发明背景
聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)通常用于制造可在透光层合物(例如安全玻璃或聚合物层合物)中作为中间层的聚合物片。安全玻璃通常是指一种透明层合物，其包含置于两层玻璃片之间的聚(乙烯醇缩丁醛)片或中间层。安全玻璃经常用来为建筑物或汽车门窗提供透明障壁。其主要作用是吸收能量，例如由物体撞击产生的能量，使其不能穿透门窗或散布玻璃碎片，从而最大程度地降低对封闭区域内物体或人的破坏或伤害。安全玻璃也可用以提供其它有益作用，例如降低紫外(UV)和/或红外(IR)光透射、和/或增强窗户的外观及美观。
安全玻璃中间层在汽车抬头显示器(head-up display，HUD)系统中也被用作重要元件，其可在汽车驾驶员的视高度提供例如仪器板图像。此种显示器使得驾驶员在对前方道路保持注意的同时能视觉获取仪表盘信息。一种用于此类抬头显示器系统的中间层垂直剖面为楔形。该中间层的楔形形状用以提供抬头显示器透过挡风玻璃所需的正确光动力学(light dynamics)。遗憾的是，如同标准挡风玻璃一样，抬头显示器挡风玻璃也能导致不期望的透过该挡风玻璃的高噪声传输水平。
因此，需要进一步经改进的组合物及方法以增强多层玻璃面板的声音衰减特性，特别是其中使用楔形中间层以提供抬头显示器功能的多层玻璃面板。
发明概述
本发明提供可用于多层玻璃面板类应用中以降低透过该面板传输的声音数量的中间层，尤其是在此类玻璃层合物的重合频率(coincidentfrequencies)，例如约2,000至6,000赫兹范围。此效果可通过将声学聚合物中间层(acoustic polymeric interlayer)纳入楔形层合玻璃应用中，且更特定而言，纳入楔形挡风玻璃应用中来实现。
附图简述
图1为本发明楔形中间层的一个实施方案的示意图。
发明详述
现在，根据本发明，已发现纳入声学聚合物片的楔形挡风玻璃中间层可有利地用于限制声音传输透过挡风玻璃并进入车辆。本发明的楔形中间层尤其用于其中提供“抬头式”(heads up)显示器且在挡风玻璃层合物中通常使用不平行玻璃层的汽车中。
如本文将详细阐述的，本发明的挡风玻璃中间层为楔形。如本文所用，如果中间层或聚合物片在一个边缘处所测量的平均厚度较在该中间层或聚合物片的相对边缘处所量测的平均厚度大至少0.13毫米，则该中间层或聚合物片可称为“楔形”。当本发明楔形中间层首次形成时，其横截面尤其可类似于例如等腰梯形或直角梯形。该聚合物片横截面的厚度过渡可逐渐发生或可骤然发生。从该聚合物片一个边缘至相对边缘的厚度变化率可以是连续的，或可变化至这样的的程度：该聚合物片某些横截面区域中轮廓可以是平整的而无厚度变化率。同样地，该聚合物片整个横截面的厚度变化率可减少或增加，只要该聚合物片一个边缘的厚度较另一边缘大即可。当然，与非平面刚性基板例如弯曲的玻璃挡风玻璃一起层压后，该楔形中间层将符合该层合物的轮廓。
本发明的楔形中间层可由单层聚合物片或由二层或多层聚合物片形成。如下文将详细阐述的，聚合物片可为任何适宜的热塑性聚合物，例如聚(乙烯醇缩丁醛)。
在各实施方案中，本发明的楔形中间层由单一聚合物片形成。在各实施方案中，该聚合物片可以是在单一熔融挤出方法中由单一声学聚合物熔体(如本文所定义)形成的楔形聚合物片。在其它实施方案中，可通过共挤出方法形成单层聚合物片，其中共挤出声学聚合物熔体和非声学(non acoustic)聚合物熔体(如本文所定义)以形成具有声学区及非声学区的单一楔形聚合物片。在许多共挤出实施方案中，如此形成所述区域以使该单一片内近似有两个单独的层，其模拟当两个单独的聚合物片一声学片和非声学片一层压在一起时可达成的效果。在另一个实施方案中，可共挤出第一声学聚合物熔体和不同的第二声学聚合物熔体以形成具有两个不同声学区(acoustic region)的楔形中间层。同样地，每一区域近似于该片内的层。
对于以上段落中所阐述的任一共挤出实施方案而言，若期望，可由声学或非声学材料形成进一步的共挤出区域。例如，可通过在两个非声学聚合物熔体之间共挤出声学聚合物熔体，来形成可用作噪声抑制中间层的三区域楔形聚合物片，从而形成楔形聚合物片。此实施方案具有相对低粘连的优点。可用彩色熔体形成进一步的共挤出区域，例如以在该聚合物片内形成彩色梯度区。
在其中使用单一楔形聚合物片以形成楔形挡风玻璃中间层的任一实施方案中，该聚合物片一个边缘的厚度可较相对边缘的厚度大至少0.13毫米、至少0.2毫米、至少0.3毫米、至少0.4毫米、至少0.5毫米、至少0.7毫米或至少1.0毫米，此差异形成楔形形状。
在其中使用单一楔形聚合物片以形成楔形挡风玻璃中间层的任一实施方案中，该较薄边缘的厚度可以是例如至少0.38毫米、至少0.45毫米、至少0.75毫米、至少1.0毫米和/或0.38至2.5毫米、0.4至2.0毫米、0.5至1.75毫米或0.6至1.5毫米。
在各其它实施方案中，本发明的挡风玻璃中间层包含一层以上的聚合物片且任选地含有其它聚合物层和/或其它层。在这些实施方案中，聚合物片中至少有一个是本文所定义的声学聚合物片或具有声学区的聚合物片。
如图1中所示，通常在10中，两层实施方案包含楔形聚合物片14及平面聚合物片12。楔形聚合物片14与平面聚合物片12一起形成具有第一厚度T1及第二厚度T2的楔形中间层。如上文关于单层实施方案的阐述，楔形中间层的一个边缘可具有的厚度(T2)较相对边缘的厚度(T1)大至少0.13毫米、至少0.2毫米、至少0.3毫米、至少0.4毫米、至少0.5毫米、至少0.7毫米或至少1.0毫米的边缘，此差异形成楔形形状。进一步地，如图1所示，T1可具有例如至少0.38毫米、至少0.45毫米、至少0.75毫米、至少1.0毫米和/或0.38至2.5毫米、0.4至2.0毫米、0.5至1.75毫米或0.6至1.5毫米的厚度。
图1中所示本发明楔形中间层的一个实施方案的示意图展示突然发生的并且以连续且恒定的厚度变化率发生的聚合物片横截面的厚度过渡。
对于其中从聚合物片的一个边缘至聚合物片的相对边缘厚度变化率持续且恒定的楔形中间层实施方案而言，在楔形表面和与其相对的表面之间形成的楔角可根据以下算法计算：
tan α = T 2 - T 1 W
其中α是以毫弧度表示的楔角；T1及T2皆定义于图1中，而W是该楔形中间层片的宽度。
对于其中使用两层或多层的本发明楔形中间层实施方案而言，所述层中至少一层为声学聚合物片或具有如上文所述声学区的共挤出聚合物片。例如，楔形聚合物片14可以是声学聚合物片而平面聚合物片12可以是非声学聚合物片。正相反的情况也可接受，其中楔形聚合物片14为非声学聚合物片而平面聚合物片12为声学聚合物片。
在其它实施方案中，将一个或更多的进一步的聚合物片层纳入图1所示构造中。举例而言，可纳入第三聚合物片，其可以是声学或非声学的并且可以为楔形或非楔形的。任何适宜的聚合物片构型及片类型皆可用于形成楔形中间层，且在各实施方案中，这些多层中间层的总尺寸将处于上文所给出的单一聚合物片实施方案的厚度范围内。
在各实施方案中，如本文其它地方所阐述的那样，本发明的多层构造中可包含聚合物薄膜层，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯。例如，图1中楔形聚合物片14与平面聚合物片12之间可包括聚合物薄膜，以产生其中聚合物薄膜纳入两个聚合物层之间的三层实施方案。在进一步的实施方案中，可将两个或两个以上聚合物薄膜纳入本发明的多层中间层实施方案中。
在本发明的各实施方案中，当本发明的中间层层压于两片玻璃板之间时，与具有由非声学聚合物片构成且形状与本发明中间层相同的单一常规中间层的对比层合玻璃面板相比，本发明的中间层可将处于重合频率的声音透过层压玻璃面板的传输减低至少2分贝(dB)。
在本发明的各实施方案中，当本发明的中间层层压于两片玻璃面板之间时，与具有由非声学聚合物片构成且形状与本发明中间层相同的单一常规中间层的对比层合玻璃面板相比，本发明的中间层可将处于重合频率的声音传输损失提高至少2分贝，更优选地为4分贝且甚至更优选地为6分贝或更多，如8分贝。
对于本文所述包含玻璃层的每一实施方案，在适当情况下存在另一实施方案，其中使用窗用玻璃型材料(glazing type material)代替玻璃。这些窗用玻璃层(glazing layer)的实例包括具有高玻璃化转变温度(Tg)，例如高于60℃或70℃的刚性塑料，如聚碳酸酯，聚酯，聚甲基丙烯酸烷基酯，且尤其是烷基部分具有1至3个碳原子的那些。
除本文所提供的中间层外，本发明还提供减低透过开口的声音水平的方法，该方法包括在开口中设置含有任何本发明楔形中间层的多层玻璃面板的步骤。
本发明还包括制造多层窗用玻璃的方法，其包含将任一本发明的中间层层压于两个本领域公知的刚性透明面板，例如玻璃或丙烯酸系材料层之间。
本发明还包括含有本发明的多层中间层的多层玻璃面板，例如挡风玻璃及建筑窗户。还包括多层窗用玻璃面板，其具有塑料，如丙烯酸系树脂，或代替玻璃面板的其它适宜材料。
聚合物薄膜
本文所用“聚合物薄膜”是指起性能增强层作用的相对薄且刚性的聚合物层。聚合物薄膜不同于本文所用的聚合物片，原因在于聚合物薄膜自身不能为多层窗用玻璃结构(glazing structure)提供必需的抗穿透性及玻璃滞留性能，而仅提供诸如红外吸收或反射特性的性能改进。聚(对苯二甲酸乙二醇酯)最常用作聚合物薄膜。
聚合物薄膜优选光学透明(即邻近该层一侧的物体可充分地被自另一侧透过该层观察的特定观察者通过眼睛看到)，且无论组成如何，通常具有较邻近聚合物片更大的，在某些实施方案中显著更大的拉伸模量。在各实施方案中，聚合物薄膜含有热塑性材料。在热塑性材料中具有适宜性质的是尼龙、聚氨酯、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯、聚烯烃(例如聚丙烯)、乙酸纤维素及三醋酸纤维素、氯乙烯聚合物及共聚物，等等。
在各实施方案中，聚合物薄膜包含例如具有所指出性质的再拉伸热塑性薄膜的材料，其包括聚酯。在各实施方案中，该聚合物薄膜包含聚对苯二甲酸乙二醇酯或由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成，且在许多实施方案中，聚对苯二甲酸乙二醇酯已经经过双轴拉伸以改进强度，和/或已经经过热稳定以当经受升高的温度时提供低收缩特性(例如，于150℃下30分钟后两个方向的收缩均小于2％)。
可用于本发明的另一类型的聚合物薄膜阐述于美国专利第6,797,396号中，其包括起反射红外辐射作用而不产生金属层所造成的干涉的多个非金属层。
在各实施方案中，聚合物薄膜可具有0.013毫米至0.20毫米、0.025毫米至0.10毫米或0.04至0.06毫米的厚度。该聚合物薄膜可任选地经表面处理或涂布功能性能层以改进一或多种性质，例如粘附性或红外辐射反射性能。这些功能性能层包括，例如多层叠层，当暴露于太阳光时其用于反射红外太阳辐射并透射可见光。该多层叠层是本领域公知的(参见例如WO88/01230及美国专利第4,799,745号)且可包含例如一或多个埃厚的金属层和一或多个(例如两个)顺序沉积的在光学上协同运作的(optically cooperating)介电层。如同也已众所周知的那样(参见例如美国专利第4,017,661号及第4,786,783号)，可任选以电阻方式加热金属层以用于任何相关玻璃层的除霜或除雾。用于可与本发明一起使用的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜和其它聚合物薄膜的各种涂布及表面处理技术阐述于公开的欧洲申请案第0157030号中。如本领域已知的那样，本发明的聚合物薄膜还可以包含硬涂层和/或防雾层。
聚合物片
本文所用“聚合物片”是指通过任何适宜方法形成为薄层的任何热塑性聚合物组合物，其适于单独地或以一层以上的叠层形式用作为层合窗用玻璃面板提供足够抗穿透性及玻璃滞留性质的中间层。增塑聚(乙烯醇缩丁醛)最常用于形成聚合物片。
本发明的聚合物片是声学聚合物片或非声学聚合物片。本文所用“声学聚合物片”是这样的聚合物片，其具有小于25℃的玻璃化转变温度且导致如本文其它地方所定义并可如本文其它地方所述进行测量的至少2分贝的改进的声音传输损失。在各实施方案中，本发明的声学聚合物片具有小于25℃、小于20℃、小于15℃或小于10℃的玻璃化转变温度，同时其应大于-15℃。非声学聚合物片是那些不具有小于25℃的玻璃化转变温度且与具有30至33℃的玻璃化转变温度的其它等同聚合物片相比所造成的声音传输损失改进小于2分贝的聚合物片。进一步地，本文所用“声学聚合物熔体”是指任何当形成聚合物片时具有上述声学聚合物片性质的聚合物熔体，且“非声学聚合物熔体”是任何当形成聚合物片时具有上述非声学聚合物片性质的聚合物熔体。
用于形成楔形聚合物片的单一聚合物熔体可通过两种或以上不同聚合材料共混形成。在某些实施方案中，单一聚合物片可呈现多个玻璃化转变温度。如本文所用，认为通过具有至少一个小于25℃的玻璃化转变温度的熔体所形成的聚合物片具有小于25℃的玻璃化转变温度。
由共挤出方法形成的单层聚合物片，其中声学聚合物熔体与非声学聚合物熔体共挤出以形成具有声学区及非声学区的单一楔形聚合物片，可具有两个或两个以上玻璃化转变温度，其中至少一个玻璃化转变温度小于25℃且至少一个玻璃化转变温度大于25℃。
相似地，包含声学聚合物片及非声学聚合物片的楔形中间层(其中至少一个聚合物片为楔形)可具有多个玻璃化转变温度，其中至少一个玻璃化转变温度小于25℃且至少一个玻璃化转变温度大于25℃。
聚合物片可包含任何适合的聚合物，且在优选实施方案中，聚合物片包含聚(乙烯醇缩丁醛)。在任一本文所给出的包含聚(乙烯醇缩丁醛)作为聚合物片的聚合物组份的本发明实施方案中，包括其中聚合物组份由聚(乙烯醇缩丁醛)组成或主要由聚(乙烯醇缩丁醛)组成的另一实施方案。在这些实施方案中，本文所揭示的添加剂的任何改变皆可用于含有由聚(乙烯醇缩丁醛)组成或主要由聚(乙烯醇缩丁醛)组成的聚合物的聚合物片。
在一实施方案中，聚合物片包含基于部分缩醛化的聚(乙烯醇)的聚合物。在另一实施方案中，聚合物片包含选自聚(乙烯醇缩丁醛)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚(乙烯乙酸乙烯酯)及其组合等等的聚合物。在其它实施方案中，聚合物片包括增塑的聚(乙烯醇缩丁醛)。在进一步的实施方案中，聚合物片包含聚(乙烯醇缩丁醛)及一种或多种其它聚合物。也可以使用其它具有适宜玻璃化转变温度的聚合物。
在给出特定用于聚(乙烯醇缩丁醛)的优选范围、数值和/或方法(例如但不限于增塑剂、组份百分比、厚度及特性增强添加剂)的本文任何段落中，当可应用时，那些范围也适用于本文揭示的可作为聚合物片组份的其它聚合物及聚合物共混物。
对于包含聚(乙烯醇缩丁醛)的实施方案，聚(乙烯醇缩丁醛)可通过已知的缩醛化方法制备，该方法包括在酸催化剂的存在下使聚(乙烯醇)与丁醛反应、随后中和该催化剂、分离、稳定并干燥该树脂，应理解的是，在许多实施方案中应如本文其它地方所阐述的那样控制残余羟基含量。
在各实施方案中，聚合物树脂以聚乙酸乙烯酯计可包含小于25wt.％的残余酯基团、20wt.％、15wt.％、10wt.％、7wt.％、5wt.％、或小于3wt.％残余酯基团，其余除残余羟基外是缩醛，优选为丁醛缩醛，但任选地可包括少量其它缩醛基团，例如2-乙基己醛基团(参见例如美国专利第5,137,954号)。
在各实施方案中，使用以重量计残余聚乙烯醇含量为9％至50％、10％至50％、11％至40％、15％至30％或20％至30％的聚(乙烯醇缩丁醛)较为有利，但也可使用其它范围。在某些应用中使用以重量计残余聚(乙烯醇)含量大于25％、大于27％或大于30％的聚(乙烯醇缩丁醛)也较有利。
在许多实施方案中，聚合物片包括分子量大于30,000、40,000、50,000、55,000、60,000、65,000、70,000、120,000、250,000、或350,000克/摩尔(g/mol或道尔顿)的聚(乙烯醇缩丁醛)。缩醛化步骤期间也可添加少量二醛或三醛以使分子量增加至大于350道尔顿(参见例如美国专利第4,874,814号；第4,814,529号；及第4,654,179号)。本文所用术语“分子量”是指重均分子量。
在本发明聚合物片的各实施方案中，非声学聚合物片可包含10至90、15至85、20至60、25至60、20至80、25至70及25至60份增塑剂/100份树脂(“phr”)。当然，对于特定应用若适宜也可使用其它数量。聚(乙烯醇缩丁醛)片优选包含20至80且更优选为25至60份增塑剂/100份树脂。在某些实施方案中，增塑剂具有小于20、小于15、小于12或小于10个碳原子的烃链段。可调节增塑剂的数量以改变聚(乙烯醇缩丁醛)片的玻璃化转变温度。
通常，非声学聚(乙烯醇缩丁醛)中间层通常具有介于30～33℃的玻璃化转变温度。声学聚(乙烯醇缩丁醛)可以各种方式与非声学中间层相区别，包括改变键接至乙酰基上的亚乙基平均数量的摩尔比、缩醛化程度、醛基团的长度和/或增塑剂的数量。例如，可通过增加增塑剂浓度和/或降低聚乙烯缩丁醛树脂的羟基含量，以足以将玻璃化转变温度从约30℃降至约18℃或更低，来得到声学中间层。一般而言，添加较高含量的增塑剂以降低玻璃化转变温度。在本发明许多实施方案中，声学聚合物片包括例如30-100phr增塑剂、40-90phr增塑剂、50-85phr增塑剂或60-80phr增塑剂。
声学聚合物片也可以通过使用典型地用于传统中间层的未改性聚(乙烯醇缩丁醛)、相容剂及增塑剂获得。该相容剂的作用是使得聚(乙烯醇缩丁醛)树脂与增塑剂更相容，以降低中间层的玻璃化转变温度。可添加2至50phr的相容剂。相容剂的实例包括但不限于三乙二醇、四乙二醇或乙二醇的低聚物；丙二醇及其低聚物；三乙二醇单-(2-乙基己酸酯)，含乙二醇或丙二醇部分的其它烷基、芳基烃，及它们的化学衍生物。
任何适合的增塑剂都可以添加至本发明的聚合物树脂以形成聚合物片。本发明的聚合物片中所用增塑剂尤其可包括多元酸或多元醇的酯。适合的增塑剂包括例如三乙二醇二-(2-乙基丁酸酯)、三乙二醇二-(2-乙基己酸酯)、三乙二醇二庚酸酯、四乙二醇二庚酸酯、己二酸二己酯、己二酸二辛酯、己二酸己醇环己醇酯、己二酸庚酯与己二酸壬酯的混合物、己二酸二异壬酯、己二酸庚醇壬醇酯、癸二酸二丁酯，聚合物增塑剂如油改性的癸二酸醇酸树脂，磷酸酯与己二酸酯的混合物(例如揭示于美国专利第3,841,890号中者)以及己二酸酯(例如揭示于美国专利第4,144,217号中者)，及上述物质的混合物和组合。可使用的其它增塑剂是由C4至C9烷基醇与环C4至C10醇制成的混和己二酸酯(如揭示于美国专利第5,013,779号中者)及C6至C8己二酸酯(例如己二酸己酯)。在优选实施方案中，增塑剂是三乙二醇二-(2-乙基己酸酯)。
本发明的聚合物片中还可包含粘附性控制剂(ACA)以赋予期望的粘附性。例如，在三层聚合物片实施方案中，可将这些试剂纳入外片中。可使用任何于美国专利第5,728,472号中公开的ACA。此外，残余乙酸钠和/或乙酸钾可通过改变酸中和中所用相关氢氧化物的量来调节。在各实施方案中，本发明的聚合物片除包含乙酸钠外，还包括双(2-乙基丁酸)镁(化学文摘号79992-76-0)。可包含有效控制聚合物片对玻璃的粘附的量的所述镁盐。
聚合物片中可纳入添加剂，以增强其在最终产品中的性能。如本领域所公知的那样，这些添加剂包括但不限于增塑剂、染料、颜料、稳定剂(例如，紫外稳定剂)、抗氧化剂、阻燃剂、其它IR吸收剂、抗粘连剂、上述添加剂的组合等等。
选择性吸收可见或近红外光谱中光的试剂可添加到任何适合的聚合物片中。可使用的试剂包括染料及颜料，例如六硼化镧(LaB6)、氧化铟锡及氧化锑锡。
本文所用“树脂”是指从由酸催化及随后中和聚合物前体所产生的混合物去除的聚合物(例如聚(乙烯醇缩丁醛))组份。树脂除聚合物(例如聚(乙烯醇缩丁醛))外，通常具有其它组份，例如乙酸酯、盐及醇。本文所用“熔体”是指树脂与增塑剂及任选的其它添加剂的混合物。
任何适宜方法均可用于制备本发明的聚合物片及多层中间层。本领域技术人员已经知道用于制备聚(乙烯醇缩丁醛)的适合方法的细节(参见例如美国专利第2,282,057号及第2,282,026号)。在一实施方案中，可使用阐述于Vinyl Acetal Polymers(在Encyclopedia of Polymer Science& Technology中，第3版，第8卷，第381-399页，B.E.Wade(2003))中的溶剂法。在另一实施方案中，可使用其中所阐述的水性方法。聚(乙烯醇缩丁醛)可以以各种形式商购，例如以ButvarTM树脂购自SolutiaInc.，St.Louis，Missouri。
形成聚(乙烯醇缩丁醛)层的一种示例性方法包括挤出含有树脂、增塑剂和添加剂的熔融的聚(乙烯醇缩丁醛)，并随后使该熔体穿过片模头(例如，具有开口的模头，该开口在一个方向的尺寸显著大于与其正交方向的尺寸)。可使用片模头以如下方式来生产楔形聚合物片：在迫使该熔体通过该模头的同时在模头整个宽度上控制和/或改变模头开口，以生产期望的楔形厚度轮廓。可通过使用适合地楔形片模头来形成楔形层。
形成聚(乙烯醇缩丁醛)层的另一示例性方法包括将熔体自模头浇注于辊上，固化该树脂并随后作为片移除该固化的树脂。在两个实施方案的任一个中，层一面或两面的表面纹理(surface texture)皆可通过调整模头开口的表面或通过在辊表面设置纹理来控制。其它用于控制层纹理的技术包括改变材料的参数(例如，树脂和/或增塑剂的水含量、熔体温度、聚(乙烯醇缩丁醛)的分子量分布或上述参数的组合)。而且，可将所述层构造为包括限定暂时的表面不规则性的间隔凸起，以便在层压过程中实施所述层的脱气，随后，层压方法的高温及高压使得凸起熔于层中，由此获得光滑的结果。
本发明包括声学及非声学区的聚合物片可通过本领域已知的任何方法制备。在典型方法中，两种或更多种包含聚合物树脂、增塑剂及任何期望的添加剂的熔体可独立形成并共挤出以形成具有对应于所用每一熔体的区域的单一聚合物片。例如，若单独使用将获得玻璃化转变温度为20℃的片的第一熔体则，和若单独使用将获得玻璃化转变温度为30℃的片的第二熔体，可共挤出以形成具有第一区域及第二区域的聚合物片，每一区域皆近似于单个片的形状，其中第一区域具有20℃的玻璃化转变温度而第二区域具有30℃的玻璃化转变温度。
本发明的包含一个以上聚合物片的中间层可通过压延或预层压方法制备。在典型方法中，将声学聚合物片及非声学聚合物片(其中至少一个片为楔形)在压力和加热下组合以形成中间层。若该声学聚合物片为楔形，则其通过单一聚合物熔体或通过如以上段落中各实施方案中所阐述的共挤出方法形成。
以下段落阐述各种可用于改进和/或量测聚合物片特性的技术。
聚合物片特别是聚(乙烯醇缩丁醛)层的透明度，可通过测量雾度值来确定，雾度值是当入射光束透过该层时自入射光束方向散射的光的数量的量化。根据以下技术可测量百分比雾度。可使用装置D25型Hazemeter，购自Hunter Associates(Reston，VA)，根据ASTM D1003-61(1977年重新核准)-程序A使用光源C以2度观察角测量雾度值。在本发明的各实施方案中，百分比雾度小于5％、小于3％及小于1％。
可使用UV-Vis-NIR分光光度计(例如Perkin Elmer公司制造的Lambda900)通过国际标准ISO9050：1990中阐述的方法量化可见光透射率。在各实施方案中，透过本发明聚合物片的透射率为至少60％、至少70％或至少80％。
可根据以下技术测量击打粘附性(pummel adhesion)，其中“击打”在本文中用于量化聚合物片对玻璃的粘附性，以下技术用于确定击打性。双层玻璃层合物样品是在标准的压热层压条件下制成。将这些层合物冷却至大约-18℃(0°F)并用锤子人工敲打至玻璃破碎。然后去除所有未粘附至聚(乙烯醇缩丁醛)层的碎玻璃，并将剩余的粘附到聚(乙烯醇缩丁醛)层的玻璃的数量目测地与一系列标准进行比较。这些标准对应于其中不同程度的玻璃保持粘附于聚(乙烯醇缩丁醛)层上的等级。具体而言，击打标准为零表示没有剩余的玻璃粘附于聚(乙烯醇缩丁醛)层上。击打标准为10表示100％的玻璃保持粘附于聚(乙烯醇缩丁醛)层上。本发明的聚(乙烯醇缩丁醛)层可具有例如3至10的击打值。
聚合物片的“黄度指数”可根据以下量测：形成1厘米厚的聚合物片的透明模制盘，其具有基本上平的且平行的光滑聚合物表面。该指数系根据ASTM方法D1925，“Standard Test Method for Yellowness Indexof Plastics”，由可见光谱分光光度计的透光率计算得出。该值使用所测量的样品厚度校正为1厘米厚度的值。在本发明各实施方案中，聚合物片可具有12或以下、10或以下、或8或以下的黄度指数。
本文所用聚合物片的玻璃化转变温度是通过流变动态剪切模式分析使用以下过程来确定。将热塑性聚合物片模塑成直径25毫米(mm)的样品盘。将该聚合物样品盘置于Rheometrics Dynamic Spectrometer II(自Rheometrics，Incorporated，Piscataway，New Jersey购得)的两个直径25毫米的平行板测试夹具之间。当该样品的温度以2℃/分钟的速度自-20℃增加至70℃时，在1赫兹振荡频率的剪切模式下测试该聚合物片样品盘。根据与温度的关系所绘制的tanδ(衰减)最大值的位置用于确定玻璃化转变温度。
如本文所使用的那样，常规层压玻璃通过将由非声学聚合物片构成的具有与本发明的中间层相同形状的常规中间层层压于两片刚性玻璃板之间而形成。出于本发明的目的，将常规层压玻璃称为“参照层合物面板”。
用于表征由本发明中间层构成的玻璃层合物的隔音改进是参照以上段落中所阐述的参照层合物面板来确定的。在具有两个玻璃外层的典型层合物中，“组合玻璃厚度”是两层玻璃厚度的总和；在具有三层或更多层玻璃的更复杂层合物中，组合玻璃厚度应为三层或更多层玻璃的总和。
出于本发明的目的，“重合频率”是指面板因“重合作用(coincidenteffect)”而展示声音传输损失急降(dip)处的频率(参见Lu，J；Windshieldswith New PVB Interlayer for Vehicle Interior Noise Reduction and SoundQuality Improvement-SAE Paper # 2003-01-1587)。参照面板的重合频率通常介于2,000至6,000赫兹之间，且可经验性地由厚度等于参照面板中合并玻璃厚度的单片玻璃片自以下演算法来确定
f c = 15 , 000 d
其中“d”是以毫米表示的总玻璃厚度且“fc”单位为赫兹。
出于本发明的目的，可通过在参照面板的重合频率(参照频率)处声音传输损失的增加来测定声学性能的改进。
对于具有固定尺寸的本发明层合物或常规参照面板而言，“声音传输损失”在固定温度20℃下根据ASTM E90(95)测定。
采用本发明中间层的玻璃层合物可通过已知方法来制备，如美国专利第5,024,895号；第5,091,258号；第5,145,744号；第5,189,551号；第5,264,058号及第5,529,654号中所阐述的那样。优选的玻璃为热增强浮法玻璃且可可以着色或用金属和/或金属氧化物层涂布以反射电磁波谱的特定部分，例如红外部分。优选的玻璃层合物由不超过3.2毫米厚、优选更薄，例如不超过2.5毫米厚，且更优选不超过2.3毫米厚的玻璃制成。玻璃层合物可包含不同厚度的玻璃，例如1.6毫米及2.3毫米。在典型的安全玻璃层压方法中，组装包含玻璃、聚合物中间层和玻璃的三层组装体并加热至约25℃至50℃的玻璃化温度，然后经过一对轧辊以排出捕获的空气。然后例如通过红外辐射或在对流烘箱中将该经压缩的组装体加热至约60℃至110℃的温度较短的时间，例如约1至5分钟。然后，使该加热的组装体经过第二对轧辊，随后于约130℃至150℃及约1,000至2,000千帕下热压该组装体约30分钟。也可使用阐述于美国专利第5,536,347号中的非压热方法。
实施例
以下实施例是说明性的而非限制或约束本发明的范畴。使用以下材料制备用于阐述本发明的层合物：
3GEH：三乙二醇二(2-乙基己酸酯)增塑剂。
玻璃：厚度为2.1或2.3毫米的退火浮法玻璃。
PVB：非楔形聚(乙烯醇缩丁醛)，其具有18.7％的羟基含量、包含38phr的3GEH且具有30℃的玻璃化转变温度、厚度为0.38毫米(15密耳)。
C-PVB：常规楔形聚(乙烯醇缩丁醛)，其具有18.7％的羟基含量、包含38phr的3GEH且具有30℃的玻璃化转变温度，该片一个边缘的厚度为0.76毫米(30密耳)且相对边缘为1.14毫米(45密耳)且片宽度为1,000毫米。
A-PVB1：非楔形声学聚(乙烯醇缩丁醛)，其具有低(16％)羟基含量、包含50phr的3GEH增塑剂、具有18℃的玻璃化转变温度且厚度为0.5毫米(20密耳)。
A-PVB2：楔形声学聚(乙烯醇缩丁醛)，其具有低(16％)羟基含量、其包含50phr的3GEH增塑剂、具有18℃的玻璃化转变温度，该片一个边缘的厚度为1.0毫米且相对边缘为1.42。
A-PVB3：厚度为0.80毫米的非楔形共挤出三层声学聚(乙烯醇缩丁醛)，其中两个外层包含38phr的3GEH且具有约30℃的玻璃化转变温度，内层具有低(12％)羟基含量、包含75phr的3GEH增塑剂、具有约2℃的玻璃化转变温度且厚度为0.13毫米(5密耳)。
将用于声学测试包含玻璃的面板与各种聚合物中间层一起构造成48×75厘米的面板，其具有如表1至4中所示组装的组分。在湿度箱中将PVB中间层膜调节至0.43％的目标湿度水平，并人工置于预热至40℃的玻璃片上。在面板包含多层中间层的情况下，各单层皆以所示顺序堆叠于该预热玻璃上。将预热至40℃的第二玻璃片置于该堆叠的中间层片之上。然后通过经过调节至40psig的轧辊压制该面板以排出该结构中的空气并将中间层粘附于玻璃表面。将该“排出空气”的面板置于105℃的预热烘箱中约20分钟并第二次经过轧辊以进一步排出空气并对该面板实施边缘密封。然后对该面板实施空气热压处理(于高温及高压下加热)。
表1(现有技术)
 
编号 中间层组分 楔角，mrad Tg(℃)
1 PVB 0 30
2 C-PVB 0.38 30
表2(现有技术，参照面板)
 
编号 中间层 玻璃* 重合频率(Hz) 重合频率处的STL(dB)
3 C-PVB 2.1mm 4000 31
4 C-PVB 2.3mm 3150 31
*玻璃层合物由玻璃片/中间层/玻璃片构成。各玻璃片的厚度示于上表中。
表3
 
编号 中间层组分 楔角，mrad Tg(℃)
5 A-PVB2 0.42 18
6 A-PVB2/PVB 0.42 18和30
7 A-PVB1/C-PVB 0.38 18和30
8 A-PVB3/C-PVB 0.38 2和30
9 A-PVB1/A-PVB2 0.42 18
表4
 
编号 中间层组分* 参比频率处的STL(dB) STL(dB)的改进
10 A-PVB2 38 7
11 A-PVB2/PVB 38 7
12 A-PVB1/C-PVB 37 6
13 A-PVB3/C-PVB 38 7
*用于STL测量的玻璃层合物系由玻璃片/中间层组份/玻璃片构成。各玻璃片的厚度为2.1毫米。
根据本发明，现在可提供降低传输通过挡风玻璃的声音的声学楔形中间层。
尽管已参照示例性实施方案阐释了本发明，但本领域技术人员应了解，对这些实施方案可作多种改变且可用其等价项替代其要素而不背离本发明的范围。另外，为适应具体情况或材料也可对本发明的教导实施很多修改且不背离本发明的基本范围。因此，本文并非意欲将本发明限制于所公开的作为实施本发明最佳设想模式的特定实施方案，而是意欲使本发明涵盖所有处于后附权利要求范围的实施方案。
应进一步了解，针对本发明任何单一组份给出的任何范围、数值或特性，若相容的话，可与针对本发明任何其它组份给出的任何范围、数值或特性互换使用以形成对本文全文所给出的每一组份皆具有限定数值的实施方案。例如，除了任何针对增塑剂给出的范围外还可以以任何给定范围(若适合的话)形成包含楔形的聚合物片，以形成许多属于本发明范围内但勿需赘述的排列。
摘要或任何任何权利要求内所给出的任何附图标记仅出于解释的目的而不应理解为将所要求保护的发明限于任一在任何图中所示的具体实施方案。
除非另有说明，否则这些图并非按比例绘制。
本文所参照的各参考文献，包括期刊论文、专利、专利申请及书籍皆以其整体引用的方式并入本文中。

Claims (22)

1.一种挡风玻璃中间层，其包含：
包括40至90phr增塑剂并具有小于25℃的玻璃化转变温度的增塑的聚(乙烯醇缩丁醛)聚合物片，其中所述挡风玻璃中间层为楔形并且具有第一边缘及第二边缘，其中所述第一边缘具有至少0.38毫米的厚度，且所述第二边缘具有较所述第一边缘的厚度大至少0.13毫米的厚度，和其中所述聚合物片相对于具有30-33℃的玻璃化转变温度的等同聚合物片展现出至少2分贝的改进的声音传输损失。
2.权利要求1的挡风玻璃中间层，其中所述挡风玻璃中间层进一步包括第二聚合物片。
3.权利要求2的挡风玻璃中间层，其中所述第二聚合物片不为楔形，且所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片为楔形。
4.权利要求2的挡风玻璃中间层，其中所述第二聚合物片为楔形，且所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片不为楔形。
5.权利要求2的挡风玻璃中间层，其进一步包括聚合物薄膜层，该薄膜层安置于所述玻璃化转变温度小于25℃的聚合物片与所述第二聚合物片之间。
6.权利要求1的挡风玻璃中间层，其中所述第二边缘的所述厚度较所述第一边缘的所述厚度大0.13毫米至0.8毫米。
7.权利要求6的挡风玻璃中间层，其中所述第二边缘的所述厚度较所述第一边缘的所述厚度大0.3毫米至0.8毫米。
8.权利要求6的挡风玻璃中间层，其中所述第一厚度至少为0.5毫米。
9.权利要求1的挡风玻璃中间层，其中所述楔形聚合物中间层除了所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片以外不包括其它聚合物片。
10.权利要求9的挡风玻璃中间层，其中所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片包括声学区及非声学区。
11.权利要求1的挡风玻璃中间层，其中所述挡风玻璃中间层进一步包括聚合物薄膜。
12.一种用于制造挡风玻璃中间层的方法，其包括：
形成楔形挡风玻璃中间层，该楔形挡风玻璃中间层包括包含40至90phr增塑剂并具有小于25℃的玻璃化转变温度的增塑的聚(乙烯醇缩丁醛)聚合物片，其中所述挡风玻璃中间层具有第一边缘及第二边缘，其中所述第一边缘具有至少0.38毫米的厚度，且所述第二边缘具有较所述第一边缘的厚度大至少0.13毫米的厚度，和其中所述聚合物片相对于具有30-33℃的玻璃化转变温度的等同聚合物片展现出至少2分贝的改进的声音传输损失。
13.权利要求12的方法，其进一步包括形成第二聚合物片，以及层压所述第二聚合物片和所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片。
14.权利要求13的方法，其中所述第二聚合物片不为楔形，且所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片为楔形。
15.权利要求13的方法，其中所述第二聚合物片为楔形，且所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片不为楔形。
16.权利要求13的方法，其进一步包括聚合物薄膜层，该聚合物薄膜层安置于所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片与所述第二聚合物片之间。
17.权利要求12的方法，其中所述第二边缘的所述厚度较所述第一边缘的所述厚度大0.13毫米至0.8毫米。
18.权利要求17的方法，其中所述第二边缘的所述厚度较所述第一边缘的所述厚度大0.3毫米至0.8毫米。
19.权利要求18的方法，其中所述第一边缘的所述厚度至少为0.5毫米。
20.权利要求12的方法，其中所述楔形聚合物中间层除了所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片以外不包括其它聚合物片。
21.权利要求12的方法，进一步包括将聚合物薄膜层压于所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片上。
22.权利要求13的方法，其进一步包括通过共挤出声学聚合物熔体及非声学聚合物熔体以形成所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片，来形成所述具有小于25℃的玻璃化转变温度的聚合物片，其中所述聚合物片为楔形且包括声学区及非声学区。
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